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远古时代,人们认为地球是平的,太阳落到地平面下面,天就黑了。后来人们认为,地球是不动的,太阳嵌在天幕上,由于天幕不停地转动才引起太阳东升和西落。现在,人们已经明白:白天和黑夜是由于地球自转造成的。那么,怎样用实验来证明地球确实在自转呢?
历史上最有名的证明地球在自转的实验被人们称为傅科摆实验。接下来,我们先来看看这个实验,然后再自己动手做做。
话说1851年的一天,法国物理学家傅科带着他的两位青年助手来到巴黎的先贤祠。他们三人一进祠门便东张西望,然后在祠的中央止步了,抬头向穹顶望去。他们观察了一会儿后又一同离开了。
祠里的管事觉得这三人的形迹可疑,便立即向先贤祠的主管禀报。主管吩咐:“要警惕他们,防止他们行窃或搞破坏。”
第二天,傅科和他的两位助手再次来到先贤祠。不过,这次他们不是空手来的,而是携带着一些器物,因此行动比较迟缓。管事躲在暗处,目不转睛地注视着他们的一举一动。只见傅科的一位助手腰间系着一根长绳,像猴子似的在一根大柱子上攀爬。不一会儿,那年轻人便爬到了穹顶。“莫非他要盗窃穹顶上的雕刻木板?”管事心想。可出乎意料的是,那年轻人将绳子的一端系在屋梁以后,便顺着那根大柱子很快地滑了下来。
躲在一旁的管事刚松一口气,另外一位助手又行动起来了。他将一个金属球悬挂在绳子的末端,随后又在地板上从南到北画出一条白线,继而推动金属球,让它沿着白线来回摆动起来。
管事在一旁暗自想:他们在干什么?会不会搞定时爆炸?那个金属球说不定就是以摆动次数作为计时方法的定时炸弹!不能让他们在那里继续胡搞下去了!于是,他一个箭步冲上前去,大喝道:“快住手!不许你们在这里搞破坏!”随即他迅速用双手稳住正在摆动的金属球。
傅科站出来说:“请您让一让,先让我们做完这个实验,之后我会向您解释清楚的。”
“做什么实验?”管事疑惑地问道。
“证明地球自转的实验。”傅科回答说。
“你们在愚弄人,人怎么能够看得到地球自己在转动呢?”管事以难以置信的口气发问。
“那就请您耐心看看我们的实验吧!”说完,傅科便叫助手推动金属球沿着白线来回摆动。
开始的时候,金属球沿着白线有节奏地一下一下地摆动着。随后,金属球摆动的方向渐渐地偏离了白线。几小时后,金属球摆动的路线与地上的白线形成了一个很大的角度。
这时,傅科指着金属球摆动的路线与白线形成的夹角对管事说:“这下您可看见了吧!这就是地球自转的证明。”
“这种夹角怎能证明地球自己在转动呢?”管事更是丈二和尚摸不着头脑了。
原来,地球像个巨大的陀螺,它一刻不停地自西向东旋转着,每转一圈就是一昼夜。地球向东转动着,而惯性使金属球始终保持原来的摆动方向,因而使金属球运动的路线与地板上的白线构成了一个较大的夹角。摆动方向的改变在南北极尤为明显。在南北极,只要24小时就能改变360°;在北京,约需40小时才行;在赤道上,就不会看到摆动的方向有改变了。
后人为了表彰傅科,便将这种金属球大摆命名为“傅科摆”。我国北京天文馆大厅里也有这种傅科摆,它日夜向人们证实着地球在自转。
现在,就让我们自己来做两个原理与“傅科摆”类似的实验吧。
实 验 一
取直径为50厘米的白色搪瓷面盆一只。为便于观察,用水彩笔在面盆边缘沿顺时针方向每隔30°作一个标记,分别为0°、30°、60°、90°……直至360°(如下图)。为防止外界振动和干扰,将盛有大半盆清水的面盆置于水平的水泥地面。取一张吹塑纸,用刀片裁成宽0.1~0.2厘米,长8厘米的纸条(当然也可用笛膜或细竹丝代替)。使吹塑纸条沿南北方向浮于面盆水面,两端平稳地指向0°和180°。为防止风吹和外界影响,可在面盆上盖一块玻璃板。经过3~4小时,你会惊奇地发现,吹塑纸条沿顺时针方向“转过”了一个角度。由于面盆随着地表作逆时针方向转动,而浮于水面的吹塑纸条并没有转动,因此其指示的转动角度,间接验证了地球的自转。
实验二
将一串钥匙挂在一根细长的线的下端,固定细线的另一端。然后,在正好能接触钥匙尖的地方放一个水平沙盘。将钥匙拉开一定的角度后放手让它沿南北方向自由摆动,钥匙会在沙盘上画出它运动的轨迹。一开始是一条线,一段时间以后,钥匙画出的线会偏转一定的角度,成为两个对称的扇形。随着时间的推移,偏转角度会越来越大,每小时大约会偏转15度,恰好是地球自转的角速度。这样也可以演示出地球的自转。
这个实验也是利用惯性来完成的。当钥匙这种相对比较重的物体摆动时,由于惯性,它会保持原来的运动方向。地球由于自转使大地平面不断地出现偏转角度,这样就会偏离钥匙的摆动方向。摆动的钥匙在沙盘上留下的痕迹,向我们展现出了偏离的角度,从而展示出了地球的自转。
(编辑 孙世奇)
历史上最有名的证明地球在自转的实验被人们称为傅科摆实验。接下来,我们先来看看这个实验,然后再自己动手做做。
话说1851年的一天,法国物理学家傅科带着他的两位青年助手来到巴黎的先贤祠。他们三人一进祠门便东张西望,然后在祠的中央止步了,抬头向穹顶望去。他们观察了一会儿后又一同离开了。
祠里的管事觉得这三人的形迹可疑,便立即向先贤祠的主管禀报。主管吩咐:“要警惕他们,防止他们行窃或搞破坏。”
第二天,傅科和他的两位助手再次来到先贤祠。不过,这次他们不是空手来的,而是携带着一些器物,因此行动比较迟缓。管事躲在暗处,目不转睛地注视着他们的一举一动。只见傅科的一位助手腰间系着一根长绳,像猴子似的在一根大柱子上攀爬。不一会儿,那年轻人便爬到了穹顶。“莫非他要盗窃穹顶上的雕刻木板?”管事心想。可出乎意料的是,那年轻人将绳子的一端系在屋梁以后,便顺着那根大柱子很快地滑了下来。
躲在一旁的管事刚松一口气,另外一位助手又行动起来了。他将一个金属球悬挂在绳子的末端,随后又在地板上从南到北画出一条白线,继而推动金属球,让它沿着白线来回摆动起来。
管事在一旁暗自想:他们在干什么?会不会搞定时爆炸?那个金属球说不定就是以摆动次数作为计时方法的定时炸弹!不能让他们在那里继续胡搞下去了!于是,他一个箭步冲上前去,大喝道:“快住手!不许你们在这里搞破坏!”随即他迅速用双手稳住正在摆动的金属球。
傅科站出来说:“请您让一让,先让我们做完这个实验,之后我会向您解释清楚的。”
“做什么实验?”管事疑惑地问道。
“证明地球自转的实验。”傅科回答说。
“你们在愚弄人,人怎么能够看得到地球自己在转动呢?”管事以难以置信的口气发问。
“那就请您耐心看看我们的实验吧!”说完,傅科便叫助手推动金属球沿着白线来回摆动。
开始的时候,金属球沿着白线有节奏地一下一下地摆动着。随后,金属球摆动的方向渐渐地偏离了白线。几小时后,金属球摆动的路线与地上的白线形成了一个很大的角度。
这时,傅科指着金属球摆动的路线与白线形成的夹角对管事说:“这下您可看见了吧!这就是地球自转的证明。”
“这种夹角怎能证明地球自己在转动呢?”管事更是丈二和尚摸不着头脑了。
原来,地球像个巨大的陀螺,它一刻不停地自西向东旋转着,每转一圈就是一昼夜。地球向东转动着,而惯性使金属球始终保持原来的摆动方向,因而使金属球运动的路线与地板上的白线构成了一个较大的夹角。摆动方向的改变在南北极尤为明显。在南北极,只要24小时就能改变360°;在北京,约需40小时才行;在赤道上,就不会看到摆动的方向有改变了。
后人为了表彰傅科,便将这种金属球大摆命名为“傅科摆”。我国北京天文馆大厅里也有这种傅科摆,它日夜向人们证实着地球在自转。
现在,就让我们自己来做两个原理与“傅科摆”类似的实验吧。
实 验 一
取直径为50厘米的白色搪瓷面盆一只。为便于观察,用水彩笔在面盆边缘沿顺时针方向每隔30°作一个标记,分别为0°、30°、60°、90°……直至360°(如下图)。为防止外界振动和干扰,将盛有大半盆清水的面盆置于水平的水泥地面。取一张吹塑纸,用刀片裁成宽0.1~0.2厘米,长8厘米的纸条(当然也可用笛膜或细竹丝代替)。使吹塑纸条沿南北方向浮于面盆水面,两端平稳地指向0°和180°。为防止风吹和外界影响,可在面盆上盖一块玻璃板。经过3~4小时,你会惊奇地发现,吹塑纸条沿顺时针方向“转过”了一个角度。由于面盆随着地表作逆时针方向转动,而浮于水面的吹塑纸条并没有转动,因此其指示的转动角度,间接验证了地球的自转。
实验二
将一串钥匙挂在一根细长的线的下端,固定细线的另一端。然后,在正好能接触钥匙尖的地方放一个水平沙盘。将钥匙拉开一定的角度后放手让它沿南北方向自由摆动,钥匙会在沙盘上画出它运动的轨迹。一开始是一条线,一段时间以后,钥匙画出的线会偏转一定的角度,成为两个对称的扇形。随着时间的推移,偏转角度会越来越大,每小时大约会偏转15度,恰好是地球自转的角速度。这样也可以演示出地球的自转。
这个实验也是利用惯性来完成的。当钥匙这种相对比较重的物体摆动时,由于惯性,它会保持原来的运动方向。地球由于自转使大地平面不断地出现偏转角度,这样就会偏离钥匙的摆动方向。摆动的钥匙在沙盘上留下的痕迹,向我们展现出了偏离的角度,从而展示出了地球的自转。
(编辑 孙世奇)